日本燃气行业概况和燃气技术发展方向

1 日本燃气行业发展概况

1.1 发展现状

2022年，日本的天然气消费量达到了1005.0亿立方米，其中通过液化天然气（LNG）的进口量为982.6亿立方米。这一年的天然气消费量与进口量基本持平，显示出高度的依赖性。近年来，日本的天然气进口量持续占据消费量的绝大部分，比例稳定在97%至98%之间。

在天然气来源方面，澳大利亚、马来西亚和俄罗斯是日本的前三大进口国。具体而言，2022年澳大利亚的天然气占日本进口总量的42.6%，马来西亚占16.6%，而俄罗斯则占9.4%。这一多元化的进口策略有助于日本确保能源供应的稳定性。

自1970年代起，日本逐步将一次能源结构转向高热值的天然气，其应用领域广泛，包括用热设备、空调系统、天然气汽车以及天然气发电。特别是在2010年之后，天然气几乎渗透到了日本所有的工业领域，成为不可或缺的能源来源。

在城市燃气领域，天然气占据了一次能源比例的97.1%，而液化石油气（LPG）则约占2.9%。从天然气销售结构来看，居民用气占比25.4%，商业用气占比17%，而工业用气则高达57.6%。这反映了天然气在日本经济中的重要地位，特别是在工业生产和居民生活中。

然而，值得注意的是，日本的城市燃气管道网络相对匮乏，主要集中于城市地区，其管道覆盖面积仅占全国土地面积的6%。全国范围内的燃气管网总长度约为26.76万公里。日本的燃气企业由燃气零售企业、一般燃气管道企业和燃气制造企业三类构成，其中燃气零售企业有1346家，一般燃气管道企业193家，而燃气制造企业则仅有27家。

在终端用户方面，通过193家一般燃气管道企业的管道使用天然气的民工商用户达到了2652万户。此外，LPG销售企业有16825家，服务于约2218万用户；而电力销售公司约有10家，覆盖了约4700万用户。

从城燃企业的分类来看，投资建设LNG码头并拥有大规模城市燃气管网的企业数量相对较少，仅占1.6%，主要包括东京燃气、大阪燃气和东邦燃气等大型企业。而拥有少数LNG接收站和少量天然气管网的燃气公司则约占3.2%，如北海道燃气、仙台燃气和广岛燃气等。没有管网、专注于终端销售的燃气企业数量最多，约占55.8%。同时，开展点供业务的燃气企业也占据了相当比例，约为39.4%。这一多元化的企业结构为日本天然气市场的稳定和发展提供了有力支撑。

1.2 改革历程

受资源条件和地理条件的双重限制，日本天然气市场具有其独特性。鉴于此，日本政府逐步推动了一系列改革措施，以促进天然气市场的自由化和多元化。

改革初期，日本政府首先放松了市场准入管制，鼓励更多企业参与到海外气源开发、LNG接收站和配气管网建设以及分销零售服务中。这一举措旨在打破原有大型燃气公司的市场垄断，提高市场竞争力和效率。

1995年，日本政府修订了《天然气公用事业法》，提出允许当时市场份额占比较大的三家大型燃气公司（东京瓦斯、大阪瓦斯、东邦瓦斯）通过自由协商的方式对第三方开放其天然气管道。年用气量200万立方米以上的用户可自由选择天然气供应商。然而，由于缺乏统一的标准和公开透明的管道利用信息，市场主体在管道实际利用过程中遇到了较大障碍。

为了进一步推动天然气市场的自由化，1999年《天然气公用事业法》再次进行修订，将管道对第三方开放制度化，并将西部燃气纳入开放范围。至此，日本国内市场份额最大的四家燃气公司的天然气管道全部纳入开放范围。

2004年，日本政府再次修订《天然气公用事业法》，提出了更加规范的第三方开放要求。燃气公司需要公开其管道利用的规则和条件，并提供标准化的合同模板。同时，管道运输业务也被要求从管理和财务上与天然气销售业务分离，以确保公平和透明的市场运营。

2015年，日本政府继续深化改革，要求东京燃气、大阪燃气、东邦燃气在2022年前实现管道运输业务在法律上的拆分。这一举措旨在进一步打破市场壁垒，提高市场竞争力和效率。

到2017年，日本天然气市场完全实现自由化。城燃企业改为配气+售气模式，配气业务由管输公司承担，售气业务则迅速扩充到193家公司。这种轻资产模式运营促进了市场的发展，燃气销售量也大幅增加。此外，原有的大型城燃企业也被政府强制分割为上游公司、管输公司、下游销售公司（售气公司）三个不同法人主体。这一举措进一步推动了市场的多元化和竞争。

完全自由化后，上游生产企业负责从海外采购LNG并销售给城燃零售企业；管道公司负责高中低压燃气管道的建设及运营；零售企业则由终端用户自主选择并保障供应。燃气设施方面，以东京燃气为例，除了燃气表外，用户红线内的燃气管道和建筑物中的配管均为用户所有物。用户红线内的修理和更换燃气管为有偿服务。

1.3 主要燃气企业情况

日本城燃行业主要有4大城市燃气公司，包括东京燃气、大阪燃气、东邦燃气、西部燃气。

1.3.1 东邦燃气

日本东邦燃气株式会社，总部位于爱知县名古屋市热田区樱田町，是日本国内规模庞大且历史悠久的燃气公司之一，位列日本第三大燃气供应商。作为名古屋经济界的佼佼者，东邦燃气与东海银行、松坂屋、名古屋铁道（名铁）及中部电力（中电）共同被誉为“五朵金花”，彰显了其在当地经济中的重要地位。

东邦燃气的历史可以追溯到1922年6月，自成立之初便致力于燃气销售业务，其服务网络覆盖爱知县、岐阜县、三重县三个行政区域，具体涉及50个市、25个町和1个村，为广泛的用户提供稳定可靠的燃气供应。

在改革浪潮的推动下，东邦燃气积极响应政府号召，于2022年4月实现了法人结构的重大调整，将燃气制造、燃气销售和燃气输送三大业务板块进行分离，成立了独立的管网子公司——东邦燃气Network公司。这一变革不仅符合日本政府推动天然气市场自由化和多元化的战略方向，也标志着东邦燃气在市场化进程中迈出了重要一步。

截至目前，东邦燃气的注册资本金已达到330亿7200万日元，总资产规模更是高达6935亿日元。公司在城市燃气、LPG（液化石油气）和电力领域均拥有稳定的用户基础，且用户数量持续稳步增长。特别是在天然气销售方面，东邦燃气在2022年的销售量达到了35.5亿立方米，展现出强劲的市场竞争力。

尽管面临气温全年上升、工业领域零件供给不足等挑战，导致2022年度城市燃气销售量业绩略低于上年度，但东邦燃气仍坚定推进其“尽可能实现300万件用户”的战略目标，并在2022年度末取得了292万用户的佳绩。

在LNG（液化天然气）采购方面，东邦燃气展现出强大的供应链管理能力，2023年计划采购量达到266万吨，同时LPG采购量也达到63万吨。此外，公司还积极投资建设日本国内的LNG接收站，目前已有4个接收站投入运营，管道长度更是达到了3万公里，拥有2个电厂，员工总数超过6080人。

1.3.2 大阪燃气

大阪燃气公司成立于1897年，并于1905年正式投入运营，是日本能源领域的重要企业。公司的主要业务领域涵盖了国内能源业务、国际能源业务以及生活与商业解决方案业务。

在国内能源业务方面，大阪燃气专注于城市燃气的生产、供应和销售，同时涉足燃气器具的销售、燃气管道的安装、液化天然气（LNG）的运输与销售、液化石油气（LPG）的销售以及发电与售电业务。其中，天然气业务是大阪燃气的核心业务之一。公司通过从海外开采和购买天然气，以LNG的形式运送到日本国内，再在日本国内的接收终端进行再气化，最后通过管道输送至城市，并销售给终端的工业、商业及家庭用户。大阪燃气主要在日本关西地区开展这些业务，拥有广泛的用户基础。

值得一提的是，为了响应日本政府推动的能源市场自由化和多元化战略，大阪燃气于2022年起依法将其原管道网络公司分离，成立了独立的大阪燃气网络株式会社。这一举措不仅符合政府政策导向，也标志着大阪燃气在市场化进程中迈出了重要的一步。目前，大阪燃气网络株式会社拥有长达6.31万公里的燃气管网，为大阪燃气提供了坚实的输送基础。

在运营数据方面，大阪燃气表现出色。截至2023年第三季度，大阪燃气的用户数已经达到了759万，其中电力用户数为170万。在天然气销售方面，公司累计销售气量达到了68.45亿立方米，其中家庭用户使用了16.97亿立方米，工商业用户则使用了51.48亿立方米。这些数据充分展示了大阪燃气在日本能源市场的领先地位和强大的市场竞争力。

2 日本燃气技术发展方向

为了实现日本2050年碳中和的发展目标，各大燃气公司也纷纷开展相关燃气技术研发应用，大阪燃气作为日本主要燃气公司，致力于能源技术研发，重点开展绿色甲烷化(e-methane)技术研发。

2.1 大阪燃气研发中心概况

大阪燃气研发中心，作为能源技术研发的核心机构，其历史沿革与公司主体紧密相连，承载着推动能源技术革新与应用的使命。自成立以来，该研发中心始终致力于燃气技术的研发与应用，为大阪燃气公司的业务发展提供了坚实的技术支撑。

然而，随着全球气候变化的严峻挑战，碳中和目标的提出使得传统燃气技术面临着前所未有的转型压力。大阪燃气研发中心敏锐地捕捉到了这一趋势，及时调整研发方向，将碳减排、碳中和作为当前及未来一段时间内的主要课题进行研究。

在碳中和目标的驱动下，大阪燃气研发中心聚焦于绿色甲烷化技术的研发。该技术通过结合氢燃料（特别是绿氢，即由可再生能源电解水生成的氢）和从大气中吸收的二氧化碳，在甲烷化设备中生成甲烷（天然气的主要成分）。这一过程不仅实现了二氧化碳的有效利用，还生产出了低碳或零碳的能源产品——e甲烷（绿色甲烷）。大阪燃气对于这一技术的革新目标极为明确，期望转换率能达到85%~90%，从而大幅提升能源利用效率并减少碳排放。

在研发进度上，大阪燃气研发中心制定了清晰的时间表。预计2030年之前，绿色甲烷化革新技术将主要处于实验室研发阶段，进行技术的深度优化与验证。而到了2040年，这一革新技术有望实现商业化，并真正地推向市场，为大阪燃气乃至整个能源行业带来革命性的变革。

此外，大阪燃气研发中心还在积极探索生物质甲烷化再革新技术。这一技术旨在进一步拓宽可再生能源的利用范围，提高能源生产的可持续性。预计该技术也将在2030年完成实验证明，为未来的能源多元化发展提供更多可能性。

2.2 甲烷化技术的发展阶段

2.2.1 第一阶段（现阶段）

在现阶段，甲烷化技术主要依赖于绿氢和二氧化碳的结合，通过含有触媒（催化剂）的甲烷化设备来生成绿色甲烷。这一技术的核心在于其环保性和可持续性，它不仅能够有效地利用二氧化碳这一温室气体，还能生产出低碳或零碳的能源产品——绿色甲烷。目前，这一技术的研发主要由INPEX（日本帝国石油）和大阪燃气共同推进。他们通过回收INPEX长冈气田的二氧化碳，并将其与绿氢结合，成功生成了绿色甲烷。该项目的规模已经能够达到每小时生产400立方米甲烷，这相当于满足了1万户家庭的使用量，充分展示了该技术的巨大潜力和实际应用价值。

2.2.2 第二阶段（革新技术阶段）

革新技术阶段的目标是通过高温电解的方式提高转化效率，从而降低甲烷化的单位成本。这一技术被称为SOEC技术（固体氧化物电解槽技术），其核心在于使用SOEC板进行电解。革新技术的发展可以分为三个阶段：

第一阶段：产量较小，大约每小时仅生产0.1立方米甲烷，相当于满足两户家庭的使用量。这一阶段主要用于技术的初步验证和优化。

第二阶段：产量提升至每小时100立方米甲烷，这一提升标志着技术逐渐走向成熟，开始具备实际应用的可能性。

第三阶段：产量进一步提升至每小时400立方米甲烷，与现阶段的产量相当。但革新技术在成本、效率和可持续性方面有着显著的优势。大阪燃气在这一阶段的关键核心技术是做甲烷化电解时的金属板设备。与传统的陶瓷板相比，金属板具有强度高、易焊接的优点，可使整体投资成本降低。大阪燃气已经成功研发出可多层插入电解槽的金属板，通过复数层的金属板提升电解量，从而提升了生产规模。公司的目标是达到每小时生产1万立方米甲烷的生产规模。预计到2030年，这一革新技术将完成研发验证。

2.2.3 第三阶段（再革新阶段）

再革新阶段的技术是指从排水的污泥废弃物或其他生物质垃圾中提取出来的生物质二氧化碳和可再生能源制得的氢气结合生成甲烷的技术。这一技术的优势在于其能够进一步降低初期投资成本，因为处理废弃物时所需的发酵槽等设备可以直接用于这一技术中。再革新技术的研发依然基于经济性考虑，旨在实现更高效、更经济的能源生产。预计在2030年，这一技术将完成实验阶段，为未来的能源多元化发展提供更多可能性。

2.3 甲烷化的技术比对及经济性分析

现阶段的甲烷化技术主要依赖于绿氢和二氧化碳的结合来生成绿色甲烷。尽管这一技术在环保性和可持续性方面具有显著优势，但目前并不具备经济性。与传统的天然气相比，绿色甲烷的价格要高出许多，这主要是由于生产过程中所需的绿氢成本较高，以及现阶段技术尚未实现大规模商业化应用，导致单位成本居高不下。

与此相比，大阪燃气所特有的革新技术在成本降低方面展现出巨大潜力。革新技术通过高温电解的方式提高转化效率，使得生成甲烷所需的氢原子数量减少，从而降低了电费成本。此外，该技术还能有效利用余热，提高燃烧反应的效率，进一步降低成本。据估计，革新技术可使甲烷的单价降低约30%，但仍需注意的是，目前该技术仍处于研发验证阶段，前期设备投资较大，因此整体价格仍高于常规天然气。

然而，从长期发展的角度来看，甲烷化技术的经济性有望得到改善。一方面，随着技术的不断进步和规模化应用，单位成本将逐渐降低；另一方面，政府对于低碳、零碳能源的支持政策也将推动该技术的发展和应用。大阪燃气计划在2030年前实现掺混约1%的e甲烷（即绿色甲烷），并逐步扩大其在整体燃气供应中的占比。尽管这一目标面临诸多挑战，包括技术成熟度、电价水平以及产能规模等，但大阪燃气仍在积极探索和实践，以期为全球气候治理贡献力量。

在产能方面，前端光电、风电等可再生能源的发电装机规模将直接影响绿色甲烷的生产能力。受国土面积限制，大阪燃气考虑在海外投建绿电工厂或e甲烷工厂，并利用现有的LNG船和接收站进行运输和接收。这一策略有助于突破地域限制，实现绿色甲烷的规模化生产和应用。

3 结论

通过对日本燃气行业发展现状的梳理、发展改革的历程总结，以及结合日本相关燃气企业的实际经营情况，本文探讨了日本燃气行业未来可能实现的技术发展方向和实现路径，并得出以下结论：

绿色甲烷化技术作为重要发展战略：

日本作为一个天然气高度依赖进口的国家，面临着能源安全和环境保护的双重挑战。因此，日本燃气行业对绿色甲烷化技术定位明确，视其为实现低碳转型的重要战略。通过绿氢和二氧化碳的结合生成绿色甲烷，不仅有助于减少温室气体排放，还能在一定程度上缓解对进口天然气的依赖。

技术经济性面临挑战，但前景可期：

尽管绿色甲烷化技术在环保性和可持续性方面具有显著优势，但目前其经济性并不理想，主要受到绿氢成本较高和技术尚未大规模商业化应用的影响。然而，随着技术的不断进步和规模化应用，以及政府政策的支持，绿色甲烷化技术的经济性有望得到改善。大阪燃气等领先企业正在积极探索和实践新技术，以降低生产成本并提高效率。

海外拓展成为重要路径：

鉴于日本的国土面积限制和天然气管道匮乏的现状，为实现绿色甲烷或氢能的大规模利用，日本燃气企业可能会在海外寻找非常规燃气技术的实现路径。通过在海外投建绿电工厂或e甲烷工厂，并利用现有的LNG船和接收站进行运输和接收，有助于突破地域限制，实现绿色甲烷的规模化生产和应用。这一策略不仅有助于日本燃气企业的国际化发展，还能为全球能源转型和气候治理贡献力量。

来源：《城市燃气》2024年第十一期